What if 3D printing was 100x faster? | Joseph DeSimone

Traduttore: Vincenzo Politi Revisore: chiara vit

I'm thrilled to be here tonight

Sono emozionato di essere qui stasera

to share with you something we've been working on

per condividere una cosa su cui abbiamo lavorato

for over two years,

per oltre due anni.

Il mio settore è quello della produzione additiva,

and it's in the area of additive manufacturing,

also known as 3D printing.

conosciuta anche come stampa in 3D.

You see this object here.

Vedete questo oggetto?

It looks fairly simple, but it's quite complex at the same time.

Sembra abbastanza semplice, ma al contempo è piuttosto complesso.

It's a set of concentric geodesic structures

Si tratta di una serie di strutture geodesiche concentriche,

with linkages between each one.

ognuna collegata a un'altra.

In its context, it is not manufacturable by traditional manufacturing techniques.

Così com'è, non si può produrre con tecniche tradizionali.

It has a symmetry such that you can't injection mold it.

Ha una simmetria che non può essere resa dalla stampa a iniezione.

You can't even manufacture it through milling.

Non si può neanche realizzare con una fresatrice.

This is a job for a 3D printer,

Questo è un lavoro per una stampante 3D,

ma la maggior parte delle stampanti 3D impiegherebbero da 3 a 10 ore per farlo.

but most 3D printers would take between three and 10 hours to fabricate it,

and we're going to take the risk tonight to try to fabricate it onstage

Stasera proveremo a farlo qui sul palco, nei dieci minuti di questo intervento.

during this 10-minute talk.

Wish us luck.

Augurateci buona fortuna.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

"Stampa 3D" è in realtà una definizione impropria.

It's actually 2D printing over and over again,

In realtà si tratta di una stampa 2D iterata più volte,

and it in fact uses the technologies associated with 2D printing.

e infatti usa le tecnologie associate alla stampa in 2D.

Pensate alla stampa a getto di inchiostro,

Think about inkjet printing where you lay down ink on a page to make letters,

che deposita inchiostro su carta per formare le lettere

and then do that over and over again to build up a three-dimensional object.

e ripetete tante volte fino a creare un oggetto tridimensionale.

In microelectronics, they use something

In microelettronica usano qualcosa

called lithography to do the same sort of thing,

chiamata litografia per fare la stessa cosa,

to make the transistors and integrated circuits

per creare i transistor e i circuiti integrati

and build up a structure several times.

e per costruire molte volte una struttura.

These are all 2D printing technologies.

Sono tutte tecniche di stampa 2D.

Io sono un chimico e scienziato della materia,

Now, I'm a chemist, a material scientist too,

and my co-inventors are also material scientists,

e anche i miei co-ideatori sono scienziati della materia,

one a chemist, one a physicist,

uno è un chimico e l'altro un fisico,

e abbiamo iniziato a interessarci alla stampa 3D.

and we began to be interested in 3D printing.

And very often, as you know, new ideas are often simple connections

Molto spesso, lo saprete, le idee nuove sono collegamenti semplici

between people with different experiences in different communities,

tra persone con diverse esperienze che vivono in ambienti diversi,

and that's our story.

e questa è anche la nostra storia.

Now, we were inspired

Siamo stati ispirati

by the "Terminator 2" scene for T-1000,

dalla scena di T-1000 in Terminator 2

and we thought, why couldn't a 3D printer operate in this fashion,

e abbiamo pensato che una stampante 3D potrebbe funzionare allo stesso modo,

where you have an object arise out of a puddle

cioè un oggetto che emerge da una pozza,

in essentially real time

praticamente in tempo reale, senza sprechi,

with essentially no waste

to make a great object?

e si realizza un grande oggetto.

Sì, proprio come nei film.

Okay, just like the movies.

And could we be inspired by Hollywood

Potevamo essere ispirati da Hollywood

and come up with ways to actually try to get this to work?

e trovare dei modi per provare a farlo davvero?

And that was our challenge.

Questa è stata la nostra sfida.

Il nostro approccio era: se possiamo farlo davvero,

And our approach would be, if we could do this,

then we could fundamentally address the three issues holding back 3D printing

dovremo affrontare i tre ostacoli che impediscono alla stampa 3D

from being a manufacturing process.

di essere un processo produttivo maturo.

Uno: la stampa 3D ha tempi eterni.

One, 3D printing takes forever.

There are mushrooms that grow faster than 3D printed parts. (Laughter)

Ci sono funghi che crescono più veloci di parti stampate in 3D. (Risate)

Il processo "strato dopo strato"

The layer by layer process

leads to defects in mechanical properties,

porta a difetti delle proprietà meccaniche

and if we could grow continuously, we could eliminate those defects.

e se progredissimo continuamente potremmo eliminare quei difetti.

E se progredissimo molto velocemente potremmo anche iniziare ad usare materiali

And in fact, if we could grow really fast, we could also start using materials

that are self-curing, and we could have amazing properties.

che si auto-consolidano, e otterremmo delle proprietà incredibili.

Quindi se riuscissimo a fare tutto questo, a imitare Hollywood,

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

renderemmo possibile la manifattura 3D.

we could in fact address 3D manufacturing.

Our approach is to use some standard knowledge

Il nostro approccio è quello di usare le conoscenze standard

in polymer chemistry

della chimica dei polimeri

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

e sfruttare luce e ossigeno per costruire componenti senza sosta.

La luce e l'ossigeno funzionano in modi diversi.

Light and oxygen work in different ways.

Light can take a resin and convert it to a solid,

La luce è in grado di trasformare la resina in un solido,

può trasformare un liquido in un solido.

can convert a liquid to a solid.

Oxygen inhibits that process.

L'ossigeno inibisce quel processo.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Quindi luce e ossigeno sono l'uno l'antidoto dell'altro,

da un punto di vista chimico.

from a chemical point of view,

and if we can control spatially the light and oxygen,

E se possiamo controllare luce e ossigeno nello spazio,

allora potremmo controllare questo processo.

we could control this process.

And we refer to this as CLIP. [Continuous Liquid Interface Production.]

Chiamiamo questo processo C.L.I.P.

It has three functional components.

Ha tre componenti funzionali.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Un serbatoio che contiene il liquido,

just like the T-1000.

proprio come il T-1000.

At the bottom of the reservoir is a special window.

Alla base del serbatoio c'è una finestra speciale,

I'll come back to that.

ne parlerò dopo.

In addition, it has a stage that will lower into the puddle

Poi ha una piattaforma che si immerge nel liquido

and pull the object out of the liquid.

estraendone un oggetto.

The third component is a digital light projection system

Il terzo componente è un sistema digitale di proiezione della luce:

underneath the reservoir,

si trova sotto il serbatoio,

illuminating with light in the ultraviolet region.

e lo illumina con luce ultravioletta.

La chiave di tutto è che questa finestra alla base del serbatoio

Now, the key is that this window in the bottom of this reservoir,

it's a composite, it's a very special window.

è una finestra molto speciale, di un materiale composito.

It's not only transparent to light but it's permeable to oxygen.

Non è solo trasparente alla luce ma è anche permeabile all'ossigeno.

It's got characteristics like a contact lens.

Ha caratteristiche simili a quelle delle lenti a contatto.

So we can see how the process works.

Possiamo vedere come funziona il processo.

You can start to see that as you lower a stage in there,

Si può iniziare a vederlo quando la piattaforma si immerge.

In un processo tradizionale, con una finestra impermeabile all'ossigeno

in a traditional process, with an oxygen-impermeable window,

you make a two-dimensional pattern

si crea uno schema a due dimensioni

che si incollerà alla finestra, se questa è di tipo tradizionale,

and you end up gluing that onto the window with a traditional window,

and so in order to introduce the next layer, you have to separate it,

e quindi prima del nuovo strato si deve staccare l'oggetto dalla finestra,

introduce new resin, reposition it,

inserire altra resina, riposizionarlo

and do this process over and over again.

e ripetere il processo ancora e ancora.

But with our very special window,

Ma con la nostra finestra speciale

what we're able to do is, with oxygen coming through the bottom

che permette di inserire ossigeno dal basso,

as light hits it,

quando la luce viene a contatto con l'ossigeno

that oxygen inhibits the reaction,

l'ossigeno inibisce la reazione

and we form a dead zone.

e si forma una zona morta.

This dead zone is on the order of tens of microns thick,

Lo spessore di questa zona morta è dell'ordine di decine di micron,

so that's two or three diameters of a red blood cell,

quindi come il diametro di due o tre globuli rossi,

proprio sull'interfaccia della finestra dove c'è il liquido residuo,

right at the window interface that remains a liquid,

and we pull this object up,

e tiriamo fuori questo oggetto.

and as we talked about in a Science paper,

Come abbiamo già detto in un articolo su Science,

as we change the oxygen content, we can change the dead zone thickness.

cambiando la quantità di ossigeno cambia anche lo spessore della zona morta.

And so we have a number of key variables that we control: oxygen content,

Abbiamo molte variabili da controllare: la quantità di ossigeno,

the light, the light intensity, the dose to cure,

la luce, l'intensità della luce, la dose necessaria per indurire,

the viscosity, the geometry,

la viscosità, la geometria,

and we use very sophisticated software to control this process.

e controlliamo questo processo attraverso software molto sofisticati.

The result is pretty staggering.

Il risultato è sbalorditivo.

It's 25 to 100 times faster than traditional 3D printers,

È da 25 a 100 volte più veloce delle stampanti 3D tradizionali.

which is game-changing.

Questo cambia le regole del gioco.

In più, con la possibilità di inviare liquido a quell'interfaccia,

In addition, as our ability to deliver liquid to that interface,

we can go 1,000 times faster I believe,

credo potremmo andare anche 1000 volte più veloci.

e questo apre delle opportunità di generare molto calore,

and that in fact opens up the opportunity for generating a lot of heat,

and as a chemical engineer, I get very excited at heat transfer

e da ingegnere chimico l'idea dello scambio di calore mi entusiasma,

and the idea that we might one day have water-cooled 3D printers,

l'idea che un giorno potremmo avere stampanti 3D raffreddate ad acqua,

perché saranno velocissime.

because they're going so fast.

In addition, because we're growing things, we eliminate the layers,

Inoltre, poiché questi oggetti emergono, eliminiamo i solchi degli strati:

le parti saranno monolitiche.

and the parts are monolithic.

You don't see the surface structure.

Non si vede la struttura della superficie,

You have molecularly smooth surfaces.

si ottengono superfici molecolarmente lisce.

And the mechanical properties of most parts made in a 3D printer

La maggior parte dei componenti fatti da una stampante 3D

are notorious for having properties that depend on the orientation

è nota per avere proprietà che dipendono dall'orientamento

with which how you printed it, because of the layer-like structure.

con cui sono stati stampati, per via della struttura stratificata.

But when you grow objects like this,

Ma quando si realizzano oggetti in questo modo,

the properties are invariant with the print direction.

le proprietà non dipendono dalla direzione di stampa.

These look like injection-molded parts,

Sembrano parti stampate a iniezione,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

molto diverse da quelle realizzate con la stampa 3D tradizionale.

In addition, we're able to throw

Siamo anche in grado di sfruttare

the entire polymer chemistry textbook at this,

l'intera conoscenza dei manuali sulla chimica dei polimeri

and we're able to design chemistries that can give rise to the properties

e possiamo progettare modelli chimici che rendono possibili quelle proprietà

you really want in a 3D-printed object.

che si vorrebbero portare in un oggetto stampato in 3D.

(Applausi)

(Applause)

There it is. That's great.

Eccolo qui. Fantastico.

(Applausi)

C'è sempre il rischio che una cosa del genere non funzioni sul palco, no?

You always take the risk that something like this won't work onstage, right?

Possiamo ottenere materiali dalle proprietà meccaniche incredibili.

But we can have materials with great mechanical properties.

Per la prima volta possiamo avere elastomeri,

For the first time, we can have elastomers

that are high elasticity or high dampening.

molto elastici, o che attutiscono molto l'impatto.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Pensate al controllo della vibrazione o alle scarpe da ginnastica.

We can make materials that have incredible strength,

Possiamo realizzare materiali dalla forza incredibile,

high strength-to-weight ratio, really strong materials,

con alta resistenza in rapporto al peso, materiali davvero forti,

really great elastomers,

ottimi elastomeri.

so throw that in the audience there.

Lo lancio al pubblico.

So great material properties.

Materiali con proprietà incredibili.

And so the opportunity now, if you actually make a part

L'opportunità, se si realizza un componente

that has the properties to be a final part,

che ha i requisiti per essere una parte finale

and you do it in game-changing speeds,

e a velocità che cambiano le regole del gioco,

è quella di trasformare davvero la produzione manifatturiera.

you can actually transform manufacturing.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Quello che succede adesso nel settore manifatturiero --

the so-called digital thread in digital manufacturing.

il cosiddetto digital thread nella produzione digitale --

We go from a CAD drawing, a design, to a prototype to manufacturing.

si va da un disegno in CAD, un progetto, a un prototipo da realizzare.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

Spesso il digital thread si interrompe già al prototipo:

because you can't go all the way to manufacturing

non si può continuare a produrre,

because most parts don't have the properties to be a final part.

perché il più delle parti non ha i requisiti per essere una parte finale.

We now can connect the digital thread

Adesso possiamo sviluppare il digital thread

all the way from design to prototyping to manufacturing,

in tutte le fasi, dal design al prototipo alla realizzazione.

and that opportunity really opens up all sorts of things,

E questa opportunità apre davvero ogni tipo di scenario:

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

automobili più efficienti, grazie alle proprietà del lattice

with high strength-to-weight ratio,

che offre più forza in relazione al peso;

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

nuove eliche a turbina; ogni tipo di cose meravigliose.

Think about if you need a stent in an emergency situation,

Se avete bisogno di uno stent in una situazione di emergenza,

instead of the doctor pulling off a stent out of the shelf

pensate se un dottore, anziché prendere uno stent dallo scaffale,

che era di una misura standard,

that was just standard sizes,

having a stent that's designed for you, for your own anatomy

avesse uno stent creato su misura per voi, sulla vostra anatomia,

with your own tributaries,

sulle vostre vene,

printed in an emergency situation in real time out of the properties

stampato in una situazione di emergenza in tempo reale e con caratteristiche

such that the stent could go away after 18 months: really-game changing.

tali per cui lo stent possa togliersi dopo 18 mesi.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Davvero rivoluzionario.

O l'odontoiatria digitale, che realizzerebbe queste strutture

even while you're in the dentist chair.

anche mentre siete seduti sulla poltrona del dentista.

And look at the structures that my students are making

E guardate le strutture che stanno realizzando i miei studenti

at the University of North Carolina.

dell'Università del North Carolina.

These are amazing microscale structures.

Sono fantastiche strutture in microscala.

You know, the world is really good at nano-fabrication.

Il mondo è proprio bravo nella nanofabbricazione.

Moore's Law has driven things from 10 microns and below.

La legge di Moore ha portato a grandezze di 10 micron e anche meno.

We're really good at that,

Siamo bravi in questo,

but it's actually very hard to make things from 10 microns to 1,000 microns,

ma è molto difficile realizzare oggetti da 10 a 10.000 micron,

the mesoscale.

la cosiddetta mesoscala.

And subtractive techniques from the silicon industry

Le tecniche sottrattive dell'industria del silicone

non riescono a farlo molto bene.

can't do that very well.

They can't etch wafers that well.

Non riescono a incidere così bene.

Ma il nostro processo è molto delicato,

But this process is so gentle,

e possiamo far crescere questi oggetti dal basso

we can grow these objects up from the bottom

using additive manufacturing

usando la produzione additiva,

and make amazing things in tens of seconds,

e creare cose incredibili in decine di secondi,

opening up new sensor technologies,

aprendo la strada a nuove tecnologie di sensori,

new drug delivery techniques,

nuove tecniche di distribuzione dei farmaci,

new lab-on-a-chip applications, really game-changing stuff.

nuove applicazioni per i lab-on-a-chip.

Roba davvero rivoluzionaria.

So the opportunity of making a part in real time

La possibilità di creare in tempo reale delle parti

that has the properties to be a final part

che abbiano i requisiti per essere parti finali

really opens up 3D manufacturing,

sprigiona davvero il potenziale della stampa in 3D,

and for us, this is very exciting, because this really is owning

e per noi questo è esaltante, perché significa padroneggiare

the intersection between hardware, software and molecular science,

l'incrocio tra hardware, software e scienza molecolare,

e non vedo l'ora di scoprire

and I can't wait to see what designers and engineers around the world

cosa potranno fare i designer e gli ingegneri di tutto il mondo

are going to be able to do with this great tool.

con questo strumento grandioso.

Thanks for listening.

Grazie per avermi ascoltato.

(Applausi)

(Applause)